高速公路路堑高边坡的科学合理设计可提高边坡工程的整体稳定性,减少占用生态用地。采用现场监测、正交试验和神经网络算综合方法,反演了路堑高边坡岩土物理力学参数,设计Box-Behnken Design试验,分析了边坡防护参数的敏感性,最后建立响应面理论模型,优化边坡防护参数。研究结果表明,反演得到的边坡物理力学参数符合现场实际；边坡坡度、锚杆长度是影响边坡稳定性的显著因素,建立的响应面模型的拟合R2、Adjusted R2、Predicted R2分别为0.9857、0.9715、0.9179；四～六级边坡坡度取1.25,锚杆长度和间距分别取11 m和2 m的优化值时,整体安全系数从1.239提高到1.322,每延米征地范围从100 m减少到96.5 m,弃方量从1585.5 m3减少到1533 m3,优化后边坡的水平位移与原设计值相近。研究成果可为高速公路路堑高边坡设计提供技术支持。